• 关于Javascript闭包的理解


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    一、什么是闭包?

      “官方”的解释是:所谓“闭包”,指的是一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的表达式(通常是一个函数),因而这些变量也是该表达式的一部分。

      相信很少有人能直接看懂这句话,因为他描述的太学术。我想用如何在Javascript中创建一个闭包来告诉你什么是闭包,因为跳过闭包的创建过程直接理解闭包的定义是非常困难的。看下面这段代码:

    function a(){
    var i=0;
    function b(){
    alert(++i);
    }
    return b;
    }
    var c = a();
    c();

      这段代码有两个特点:

      1、函数b嵌套在函数a内部;

      2、函数a返回函数b。

      这样在执行完var c=a()后,变量c实际上是指向了函数b,再执行c()后就会弹出一个窗口显示i的值(第一次为1)。这段代码其实就创建了一个闭包,为什么?因为函数a外的变量c引用了函数a内的函数b,就是说:

      当函数a的内部函数b被函数a外的一个变量引用的时候,就创建了一个闭包。

      我猜想你一定还是不理解闭包,因为你不知道闭包有什么作用,下面让我们继续探索。

      二、闭包有什么作用?

      简而言之,闭包的作用就是在a执行完并返回后,闭包使得Javascript的垃圾回收机制GC不会收回a所占用的资源,因为a的内部函数b的执行需要依赖a中的变量。这是对闭包作用的非常直白的描述,不专业也不严谨,但大概意思就是这样,理解闭包需要循序渐进的过程。

    在上面的例子中,由于闭包的存在使得函数a返回后,a中的i始终存在,这样每次执行c(),i都是自加1后alert出i的值。

      那 么我们来想象另一种情况,如果a返回的不是函数b,情况就完全不同了。因为a执行完后,b没有被返回给a的外界,只是被a所引用,而此时a也只会被b引 用,因此函数a和b互相引用但又不被外界打扰(被外界引用),函数a和b就会被GC回收。(关于Javascript的垃圾回收机制将在后面详细介绍)

      三、闭包内的微观世界

      如 果要更加深入的了解闭包以及函数a和嵌套函数b的关系,我们需要引入另外几个概念:函数的执行环境(excution context)、活动对象(call object)、作用域(scope)、作用域链(scope chain)。以函数a从定义到执行的过程为例阐述这几个概念。

      1、当定义函数a的时候,js解释器会将函数a的作用域链(scope chain)设置为定义a时a所在的“环境”,如果a是一个全局函数,则scope chain中只有window对象。

      2、当函数a执行的时候,a会进入相应的执行环境(excution context)。

      3、在创建执行环境的过程中,首先会为a添加一个scope属性,即a的作用域,其值就为第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域链。

      4、然后执行环境会创建一个活动对象(call object)。活动对象也是一个拥有属性的对象,但它不具有原型而且不能通过JavaScript代码直接访问。创建完活动对象后,把活动对象添加到a的作用域链的最顶端。此时a的作用域链包含了两个对象:a的活动对象和window对象。

      5、下一步是在活动对象上添加一个arguments属性,它保存着调用函数a时所传递的参数。

      6、最后把所有函数a的形参和内部的函数b的引用也添加到a的活动对象上。在这一步中,完成了函数b的的定义,因此如同第3步,函数b的作用域链被设置为b所被定义的环境,即a的作用域。

      到此,整个函数a从定义到执行的步骤就完成了。此时a返回函数b的引用给c,又函数b的作用域链包含了对函数a的活动对象的引用,也就是说b可以访问到a中定义的所有变量和函数。函数b被c引用,函数b又依赖函数a,因此函数a在返回后不会被GC回收。

      当函数b执行的时候亦会像以上步骤一样。因此,执行时b的作用域链包含了3个对象:b的活动对象、a的活动对象和window对象,如下图所示:

      如图所示,当在函数b中访问一个变量的时候,搜索顺序是先搜索自身的活动对象,如果存在则返回,如果不存在将继续搜索函数a的活动对象,依 次查找,直到找到为止。如果整个作用域链上都无法找到,则返回undefined。如果函数b存在prototype原型对象,则在查找完自身的活动对象 后先查找自身的原型对象,再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。

      四、闭包的应用场景

      1、保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例,函数a中i只有函数b才能访问,而无法通过其他途径访问到,因此保护了i的安全性。

      2、在内存中维持一个变量。依然如前例,由于闭包,函数a中i的一直存在于内存中,因此每次执行c(),都会给i自加1。

      以上两点是闭包最基本的应用场景,很多经典案例都源于此。

      五、Javascript的垃圾回收机制

      在Javascript中,如果一个对象不再被引用,那么这个对象就会被GC回收。如果两个对象互相引用,而不再被第3者所引用,那么这两个互相引用的对象也会被回收。因为函数a被b引用,b又被a外的c引用,这就是为什么函数a执行后不会被回收的原因。

    先看看闭包的科学的定义:闭包是可以包含自由(未绑定)变量的代码块;这些变量不是在这个代码块或者任何全局上下文中定义的,而是在定义代码块的环境中定义。“闭包” 一词来源于以下两者的结合:要执行的代码块(由于自由变量的存在,相关变量引用没有释放)和为自由变量提供绑定的计算环境(作用域)。

    听上去有点晕,我说说我的理解。闭包是一个受到了保护的变量空间,由内嵌函数生成。用到闭包通常是为了解决变量的作用域问题。我举两个使用闭包的例子,也许看例子比什么都明白。

    例子1:循环对多个按钮绑定click事件。

    不用闭包的情况:

    1. <html>
    2. <head>
    3. <script type="text/javascript">
    4. function OnLoad()
    5. {
    6. var arr = document.getElementsByTagName("input");
    7. for(var i=0;i<arr.length;i++)
    8. {
    9. arr[i].onclick=function(){
    10. alert(i);
    11. }
    12. }
    13. }
    14. </script>
    15. </head>
    16. <body onload="OnLoad()">
    17. <input type="button" name="button" value="button1" />
    18. <input type="button" name="button" value="button2" />
    19. <input type="button" name="button" value="button3" />
    20. <input type="button" name="button" value="button4" />
    21. <input type="button" name="button" value="button5" />
    22. <input type="button" name="button" value="button6" />
    23. <input type="button" name="button" value="button7" />
    24. </body>
    25. </html>

    猛点这里测试结果,你发现不管点哪个按钮,都会弹出7。原因是当你点击buttun时,循环已经执行完毕,这时候i就等于7.

    再看看使用闭包的情况

    1. <html>
    2. <head>
    3. <script type="text/javascript">
    4. function OnLoad()
    5. {
    6. var arr = document.getElementsByTagName("input");
    7. for(var i=0;i<arr.length;i++)
    8. {
    9. arr[i].onclick=closureTest(i);
    10. }
    11. }
    12. function closureTest(i)
    13. {
    14. return function(){
    15. alert(i);
    16. }
    17. }
    18. </script>
    19. </head>
    20. <body onload="OnLoad()">
    21. <input type="button" name="button" value="button1" />
    22. <input type="button" name="button" value="button2" />
    23. <input type="button" name="button" value="button3" />
    24. <input type="button" name="button" value="button4" />
    25. <input type="button" name="button" value="button5" />
    26. <input type="button" name="button" value="button6" />
    27. <input type="button" name="button" value="button7" />
    28. </body>
    29. </html>

    猛点这里测试结果,你发现会像你想象的那样,button按钮一次会弹出0、1、2、3、4、5、6。这就是典型的利用闭包来影响变量的作用域的示例。当然,闭包能做很多不同的事情,但究其原理,还是通过影响变量的作用域来实现的。

    闭包(closure)是Javascript语言的一个难点,也是它的特色,很多高级应用都要依靠闭包实现。

    下面就是我的学习笔记,对于Javascript初学者应该是很有用的。

    一、变量的作用域

    要理解闭包,首先必须理解Javascript特殊的变量作用域。

    变量的作用域无非就是两种:全局变量和局部变量。

    Javascript语言的特殊之处,就在于函数内部可以直接读取全局变量。

    var n=999;
    function f1(){
      alert(n);
    }
    f1(); // 999

    另一方面,在函数外部自然无法读取函数内的局部变量。

    function f1(){
      var n=999;
    }
    alert(n); // error

    这里有一个地方需要注意,函数内部声明变量的时候,一定要使用var命令。如果不用的话,你实际上声明了一个全局变量!

    function f1(){
      n=999;
    }
    f1();
    alert(n); // 999

    二、如何从外部读取局部变量?

    出于种种原因,我们有时候需要得到函数内的局部变量。但是,前面已经说过了,正常情况下,这是办不到的,只有通过变通方法才能实现。

    那就是在函数的内部,再定义一个函数。

    function f1(){
    n=999;
    function f2(){
    alert(n); // 999
    }
    }

    在上面的代码中,函数f2就被包括在函数f1内部,这时f1内部的所有局部变量,对f2都是可见的。但是反过来就不行,f2内部的局部变量,对f1 就是不可见的。这就是Javascript语言特有的“链式作用域”结构(chain scope),子对象会一级一级地向上寻找所有父对象的变量。所以,父对象的所有变量,对子对象都是可见的,反之则不成立。

    既然f2可以读取f1中的局部变量,那么只要把f2作为返回值,我们不就可以在f1外部读取它的内部变量了吗!

    复制代码
    function f1(){
    n=999;
    function f2(){
      alert(n);
    }
    return f2;
    }
    var result=f1();
    result(); // 999
    复制代码

    三、闭包的概念

    上一节代码中的f2函数,就是闭包。

    各种专业文献上的“闭包”(closure)定义非常抽象,很难看懂。我的理解是,闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数。

    由于在Javascript语言中,只有函数内部的子函数才能读取局部变量,因此可以把闭包简单理解成“定义在一个函数内部的函数”。

    所以,在本质上,闭包就是将函数内部和函数外部连接起来的一座桥梁。

    四、闭包的用途

    闭包可以用在许多地方。它的最大用处有两个,一个是前面提到的可以读取函数内部的变量,另一个就是让这些变量的值始终保持在内存中。

    怎么来理解这句话呢?请看下面的代码。

    复制代码
    function f1(){
      var n=999;
      nAdd=function(){n+=1}
      function f2(){
        alert(n);
      }
      return f2;
    }
    var result=f1();
    result(); // 999
    nAdd();
    result(); // 1000
    复制代码

    在这段代码中,result实际上就是闭包f2函数。它一共运行了两次,第一次的值是999,第二次的值是1000。这证明了,函数f1中的局部变量n一直保存在内存中,并没有在f1调用后被自动清除。

    为什么会这样呢?原因就在于f1是f2的父函数,而f2被赋给了一个全局变量,这导致f2始终在内存中,而f2的存在依赖于f1,因此f1也始终在内存中,不会在调用结束后,被垃圾回收机制(garbage collection)回收。

    这段代码中另一个值得注意的地方,就是“nAdd=function(){n+=1}”这一行,首先在nAdd前面没有使用var关键字,因此 nAdd是一个全局变量,而不是局部变量。其次,nAdd的值是一个匿名函数(anonymous function),而这个匿名函数本身也是一个闭包,所以nAdd相当于是一个setter,可以在函数外部对函数内部的局部变量进行操作。

    五、使用闭包的注意点

    1)由于闭包会使得函数中的变量都被保存在内存中,内存消耗很大,所以不能滥用闭包,否则会造成网页的性能问题,在IE中可能导致内存泄露。解决方法是,在退出函数之前,将不使用的局部变量全部删除。

    2)闭包会在父函数外部,改变父函数内部变量的值。所以,如果你把父函数当作对象(object)使用,把闭包当作它的公用方法(Public Method),把内部变量当作它的私有属性(private value),这时一定要小心,不要随便改变父函数内部变量的值。

    六、思考题

    如果你能理解下面代码的运行结果,应该就算理解闭包的运行机制了。

    复制代码
    var name = “The Window”;
    var object = {
      name : "My Object",
      getNameFunc : function(){
      return function(){
        return this.name;
      };
    }
    };
    alert(object.getNameFunc()());
    复制代码
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